SISTEMI DISTRIBUITI E PLC 02/02/15 SISTEMI ELETTRONICI PER L AUTOMAZIONE E PLC, LABORATORIO DI STRUMENTAZIONE PER L AUTOMAZIONE

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1 1) Definire il ciclo di scansione di un PLC, descrivendo le operazioni svolte. Illustrare, motivando, se è possibile gestire un uscita attraverso immagine di processo (es. Q0.0) commutandola ogni 10us (3 punti) 2) Illustrare i vantaggi e gli svantaggi di un sistema distribuito costituito da più PLC semplici e uguali tra loro rispetto ad un PLC ad elevata complessità che gestisce tutta un area di automazione (3 punti).... 3) Dato un sensore di posizione X con uscita in tensione V=f(X), illustrare perché è importante che f sia una funzione lineare. Si immagini di connettere un sensore, la cui uscita vale 1V+500mV*X+100mV*X 2 dove X è la posizione espressa in metri e variabile tra 0 e 2, ad un modulo di ingressi analogici che restituisce 0x0000 a 0V e 0x0FFF a 10V. Come è possibile realizzare un programma che dal numero letto calcoli la posizione X? Si discuta il problema rispetto all uso di un sensore lineare, la cui uscita valga 1V+500mV*X. (3 punti) 4) In un sistema di supervisione basato su LabVIEW DSC, il VI rappresenta: (2 punti) a) l interfaccia operatore b) l applicazione realizzata c) l ambiente di sviluppo 5) Lo standard IEEE1451 definisce: (2 punti) a) linguaggi e metodi di programmazione per i PLC b) la TEDS ossia il datasheet elettronico di sensori e attuatori c) la modalità di interazione con il sistema operativo negli SCADA 6) PC104 è. (2 punti) a) un sistema operativo Real Time b) un comitato OPC c) uno standard di schede PC per l automazione 7) Un Soft-PLC rispetto ad un PLC convenzionale (2 punti) a) può avere interfaccia Ethernet b) può funzionare su hardware di costruttori diversi c) può essere programmato anche mediante linguaggio testuale 8) Il parametro MPPL di un sistema operativo real-time indica: (2 punti) a) Il tempo che impiega un processo kernel a tornare in user b) La memoria richiesta dello schedulatore di processo c) Il massimo tempo associato ad un processo in una logica di time sharing 9) Considerando MODBUS e PROFIBUS si può affermare che: (2 punti) a) MODBUS è pensato per reti veloci che scambiano molti più bit rispetto a PROFIBUS b) MODBUS è più generale e semplice rispetto a PROFIBUS c) MODBUS è un livello applicazione di PROFIBUS

2 1) Definire il ciclo di scansione di un PLC, descrivendo le operazioni svolte. Illustrare, motivando, se è possibile gestire un uscita attraverso immagine di processo (es. Q0.0) commutandola ogni 10us (3 punti) Il ciclo di scansione di un PLC corrisponde al programma che la CPU esegue ciclicamente e si compone di più fasi: - lettura degli ingressi e memorizzazione dei relativi valori in particolari memorie dette immagini di processo (IPI) - esecuzione di un ciclo del programma utente - autodiagnostica - comunicazione con l eventuale PC di programmazione in modo da permettere la diagnostica del programma utente mentre è in funzione - scrittura sulle uscite fisiche del contenuto di variabili di memoria dette Immagini di processo delle uscite (IPU) Il programma utente opera leggendo dalle IPI e scrivendo sulle IPU e, in questo modo, il ciclo di programma opera a ingressi costanti, migliorando la sua affidabilità, mentre vi è un azione di filtro sulle uscite fisiche che assumono solo l ultimo valore scritto. Dato che le uscite fisiche sono aggiornate solo una volta al ciclo e il ciclo ha una durata superiore a 10us, non è possibile gestire un uscita attraverso immagine di processo (es. Q0.0) commutandola ogni 10us. 2) Illustrare i vantaggi e gli svantaggi di un sistema distribuito costituito da più PLC semplici e uguali tra loro rispetto ad un PLC ad elevata complessità che gestisce tutta un area di automazione (3 punti) Un sistema distribuito composto da piu PLC semplici comunicanti tra loro mediante un bus di campo ha i seguenti vantaggi rispetto ad un PLC singolo: - riduce lunghezza, costo e complessita dei cablaggi di sensori e attuatori - migliora la disponibilità dell impianto in quanto un guasto singolo non compromette il funzionamento di altre celle o sottoparti. - riduce i costi dei ricambi a magazzino in quanto è sufficiente avere un PLC economico invece di uno costoso - migliora l affidabilità del software grazie ad una naturale segmentazione e semplificazione L unico svantaggio di un sistema distribuito è nei limiti del bus di comunicazione. Infatti il sistema di comunicazione introduce costi di infrastruttura e ritardi nella disponibilità delle informazioni. Grazie alle Real-time Ethernet e ai piu recenti bus di campo questo problema èdi molto attenuato. 3) Dato un sensore di posizione X con uscita in tensione V=f(X), illustrare perché è importante che f sia una funzione lineare. Si immagini di connettere un sensore, la cui uscita vale 1V+500mV*X+100mV*X 2 dove X è la posizione espressa in metri e variabile tra 0 e 2, ad un modulo di ingressi analogici che restituisce 0x0000 a 0V e 0x0FFF a 10V. Come è possibile realizzare un programma che dal numero letto calcoli la posizione X? Si discuta il problema rispetto all uso di un sensore lineare, la cui uscita valga 1V+500mV*X. (3 punti) La linearità di un sensore connesso ad un PLC è particolarmente importante perché la relazione che permette di calcolare la grandezza misurando l uscita del sensore è la relazione inversa; nel caso di sensore lineare la relazione inversa è ancora un relazione lineare, mentre nel caso di sensore con relazione quadratica la relazione inversa risulta complessa da calcolare e da applicare. Nel caso quadratico, l uscita V varia tra 1V e 2,4V e la relazione sarebbe X= 0,5*(-5+rad(40out-15)) e quindi X = (10VAL/2048)*(-5+rad(40out-15). Nel caso di relazione lineare, l uscita V varia tra 1V e 2V e quindi il numero letto VAL varia tra 409 e 819. La posizione X si stima a partire da VAL = (4096/10)(1V+500mV*X) e in particolare si ha X=( VAL(10/4096) - 1V)/500mV 4) In un sistema di supervisione basato su LabVIEW DSC, il VI rappresenta: (2 punti) b) l applicazione realizzata 5) Lo standard IEEE1451 definisce: (2 punti) b) la TEDS ossia il datasheet elettronico di sensori e attuatori 6) PC104 è. (2 punti) c) uno standard di schede PC per l automazione 7) Un Soft-PLC rispetto ad un PLC convenzionale (2 punti) b) può funzionare su hardware di costruttori diversi 8) Il parametro MPPL di un sistema operativo real-time indica: (2 punti) a) Il tempo che impiega un processo kernel a tornare in user 9) Considerando MODBUS e PROFIBUS si può affermare che: (2 punti) b) MODBUS è più generale e semplice rispetto a PROFIBUS

3 ES 1 Il seguente programma realizza un controllore di un bruciatore. In presenza di ABIL (NA) il sistema attiva la FIAMMA del bruciatore per bruciare rifiuti. Esiste un SENSORE (NC) di rilevamento degli inquinanti che segnala la presenza di concentrazioni elevate nei fumi di scarico con un impulso. Se, a partire dall attivazione di ABIL, SENSORE si attiva per un numero di volte superiore a 3 in X sec, l uscita ALLARME inquinamento viene attivata e la FIAMMA viene spenta fino a che ABIL non viene disattivato. La variabile X viene determinata dagli ingressi s1 s2 e s3 (NC) che formano un numero binario, da 0 a 7s (se 0 non c è nessun allarme). Individuare e correggere gli errori così da rispettare le funzionalità indicate. (3 punti) Main

4 FC2: gestione soglia

5 ES 2 Il sistema di controllo di un treno di una metro automatizzata è gestito da un PLC. In assenza di TENSIONE il ciclo torna nello stato iniziale. In presenza di TENSIONE allo START viene azionato il MOTORE_AVANTI. Alla presenza del SENSORE di VICINANZA stazione viene spento il MOTORE_AVANTI e dopo 5 secondi vengono attivati i FRENI, fino al raggiungimento del SENSORE STAZIONE dove il treno si ferma (i FRENI vengono mantenuti) e vengono APERTE le porte (per 2 secondi); dopo 5 sec le porte vengono CHIUSE (per 2 secondi) e, se durante la chiusura delle porte è presente il sensore di INGOMBRO, le porte vengono immediatamente riaperte secondo il ciclo precedente lanciando il MESSAGGIO di richiesta di sgombero fino alla chiusura delle porte; il ciclo di chiusura si ripete fino a che le porte non sono sgombre e quindi si rimette in moto il treno attivando MOTORE AVANTI secondo la sequenza precedente. 1) Disegnare la macchina a stati (1 punto) 2) Realizzare il programma (ingressi e uscite come da tabella) (4 punti) 3) Si modifichi il programma in modo che, nel caso venga premuto il freno di emergenza (STOP), la macchina a stati si interrompe e riprende esattamente da dove si era fermata quando STOP viene rilasciato (2 punti) 4) Fare in modo che se la stazione in cui si arriva è un capolinea (è presente il segnale CAPOLINEA alla chiusura delle porte) viene invertito il motore (quindi se prima si attivava MOTORE_AVANTI ora si attiva MOTORE_INDIETRO fino al capolinea successivo)(2 punti) Nome Collegamento Polarità Filtro START I0.0 NA 500ms SENS_VIC I0.1 NC SENS_STAZ I0.2 NC INGOMBRO I0.3 NC STOP I0.4 NA 500ms - I0.5 CAPOLINEA I0.6 NA TENSIONE I0.7 NC 1s MOT_AVANTI Q0.0 FRENI Q0.1 APERTE Q0.2 CHIUSE Q0.3 MESSAGGIO Q0.4 MOT_INDIETRO Q0.5

6 Soluzione esercizio 1 Errori: 1) Conversione int-double e *1000 (blocco FC) 2) Maschera e and che deve essere un XOR in segmento 1 3) Gestione fiamma in SR (altrimenti non si resetta ad allarme) Soluzione esercizio 2 Start 1 VICIN s&!ING 5s 5s ING 3 5 STAZIONE 2s 4